在實驗室自動化領域,樣本容器的運送(尤其是打開和關閉)是一大難題。其難點在於,如何將高過程安全性與盡可能降低複雜性結合起來。此處講述如何找到正確的解決方案。
基本元件是一個旋轉抓取單元,它與三維運送系統等零件相連。為了找到合適的解決方案,首先要確定樣本容器的尺寸和所需的扭矩。此外,還必須考慮是否需要處理不同的容器。
樣本容器本身的特點決定了相應的技術要求。我們必須明確打開和關閉它需要多大的扭矩。務必事先用將來要用的容器測試所需的扭矩,而且是在盡可能真實的條件下。在手動填充樣本容器時,螺紋可能會被含有葡萄糖或鹽的介質污染。封閉後,液體變乾,就會發生粘連或產生結晶。那麼在打開容器時就需要更高的過程力。如果只用全新的容器進行測試,有可能會將技術要求定得太低。
透過形狀配合,可以大幅降低夾爪上的力。另一方面,非正向抓取需要更大的力。
透過 Festo 的標準解決方案,可以實現高達 5 Nm 的扭矩和高達 200 N 的抓取力(取決於元件)。我們也可按要求提供其他規格。
根據容器的高度和直徑可得出所需的行程。
對於不同尺寸的容器,除了較長的 Z 運送行程外,也應採用較大的抓取行程,如此才能僅用一個系統滿足盡可能多的要求。
整體解決方案的複雜性由此大幅降低。
在一個應用中運送不同的樣本容器時,不僅尺寸經常有很大區別,蓋子的螺紋節距也不盡相同。
在打開和關閉時,旋轉和提升運動要同時同步,這在軟體方面可能很難實現。因此,Festo 為 EHMD 旋轉抓取模組開發了一個具有 Z 補償的安裝轉換器。該轉換器可在開合過程中自動補償蓋子的螺紋距,最大可達 10 mm。藉由這種具有被動滑塊的簡單機械解決方案,Z 軸在旋轉過程中就不需要受控移動。也不需要對同步進行編程,使得流程大幅簡化。
在打開和關閉蓋子時,必須額外固定容器,以抵消打開或關閉扭矩。對於這項任務,一般可以使用夾持單元或另一個夾爪,這個夾爪可透過不同的行程來適應不同的容器尺寸。根據容器的不同,透過被動夾緊裝置的簡單形狀配合也足以固定容器。
關上蓋子時,必須將兩個螺紋對準。此時可能會發生蓋子是傾斜著放上去的情況。旋緊時,由於位置不正確,盡管蓋子沒有正確關閉,卻達到了預定的關閉扭矩。為了消除這種風險並且不使用昂貴的感測器,Festo 在過程中設定了一個「檢測階段」。蓋子放好後,先稍加壓力逆時針旋轉 360°,使蓋子和容器的螺紋對齊。然後才在監控旋轉角度的情況下,旋緊蓋子。然後透過馬達電流測量,在規定的窗口內進行間接扭矩檢測。如果在這個過程中沒有發出錯誤資訊,那麼就很有可能是容器已安全完成關閉。
由於市面上存在大量不同的樣本容器,因此在自動打開和關閉蓋子方面有很多技術要求。做為精巧型運送系統的一部分,Festo 為此開發了全面的解決方案組合,從完整的旋轉抓取模組,到單個標準元件組成的解決方案,再到客戶特定的再開發和新開發方案,近乎面面俱到。
EHMD 是同類產品中最精巧的旋轉抓取模組,特別適用於打開和關閉小型樣本容器,如 HPLC 應用中使用的容器。其最大扭矩為 0.3 Nm,足以打開容量不超過 15 ml 的容器。它還有一個選配的補償模組,可在旋轉過程中自動補償蓋子的螺紋距,藉以輕鬆適應各種類型的蓋子和螺紋距。旋轉抓取模組有兩個版本:全電動版和氣動夾爪版。兩個版本都可達成無限旋轉。
DSL-16- ... SA 非常適合用於需要高扭矩和抓取力的應用。這種精巧而纖長的模組能夠可靠、輕柔地打開具有圓頸和密封蓋或蓋子的容器,可調扭矩高達 1.7 Nm。氣動提升和抓取運動與精確可調和可監測的電動旋轉運動相結合,使得樣本運送安全且可重複。
透過搭配使用 EHPS 電動標準夾爪和 ERMO 旋轉電缸,可以滿足許多不同的要求。可選擇不同行程長度的三種類型的 EHPS,以應用於小型到中型的不同容器。ERMO 有四種規格,最大扭矩從 0.15 到 5 Nm。該旋轉電缸包括具有固定安裝的馬達和驅動系統(馬達控制器)的機械裝置、整合網路瀏覽器技術裝置和轉接的連接電纜。
Festo 標準化元件性價比高、節省空間且品質出眾,能夠滿足多種要求。而對於非常具體的需求或挑戰,Festo 可為客戶修改現有產品或開發全新的解決方案。我們越早參與規劃過程,客戶的就能夠獲得更多價值。例如,Festo 美國分公司使用 Festo 標準元件和一個改良的旋轉抓取模組,開發了一個極其精巧並且可搭配整合到客戶系統中的樣本運送解決方案。最終他們以盡可能簡單的方式,實現了非常高的生產力和過程安全性。